本科畢業(yè)論文XX煤礦通風系統(tǒng)設計

論文題目：XXX煤礦通風系統(tǒng)設計專業(yè)：安全工程本科生：XXX（簽名）指導老師：XXX（簽名）摘要礦井通風是將空氣輸入礦井下，以增加礦井中氧氣的濃度并排除有害氣體，它是保障礦井安全的主要技術(shù)之一。礦井通風設計是整個礦井設計內(nèi)容的重要組成部分，是保證安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。論文嚴格根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》等要求，通過對比分析現(xiàn)有工作面通風方式的優(yōu)缺點，提出適合XX煤礦實際條件的采煤工作面和掘進工作面的通風方式，并計算采煤工作面和掘進工作面的需風量，以及整個礦井的需風量。計算分析礦井容易和困難時期的通風阻力，結(jié)合目前主要通風機的優(yōu)缺點，選擇了XX煤礦的主要通風機，并繪制礦井通風系統(tǒng)圖和通風網(wǎng)絡圖。最后根據(jù)XX煤礦實際條件，提出一通三防相關(guān)安全管理措施。論文進行的通風系統(tǒng)設計可為礦井安全生產(chǎn)奠定一定基礎(chǔ)。目錄1緒論 11.1研究背景及意義 11.1.1研究背景 11.1.2研究意義 21.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.2.1礦井通風機類型 21.2.2礦井通風系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 21.2.3通風機的工作方式 31.2.4采煤工作面及掘進面通風方法 31.3主要設計內(nèi)容及工作流程 91.3.1設計內(nèi)容 91.3.2設計工作流程 92XX煤礦基本概況 112.1井田概況 112.1.1周邊環(huán)境 112.1.2地質(zhì)構(gòu)造 122.1.3煤層與煤質(zhì) 13瓦斯 14井田水文地質(zhì)條件 152.2礦井設計生產(chǎn)能力 16礦井工作制度 16礦井生產(chǎn)條件 162.3井田開拓方式 162.4采區(qū)布置及裝備 172.4.1井田地質(zhì)特征 172.4.2采煤方法與工藝 182.4.3工作面生產(chǎn)方式及設備 182.5采掘工作面概況 182.5.1采煤工作面概況 182.5.2掘進工作面概況 192.6本章小結(jié) 193采掘工作面通風方式選擇 203.1采煤工作面通風方式確定 203.1.1現(xiàn)有通風方式 203.1.2XX煤礦通風方式確定 213.2掘進通風方式確定 213.2.1目前的掘進通風方式 213.2.2XX煤礦掘進通風方式確定 223.3采區(qū)通風系統(tǒng)設計 243.3.1采區(qū)通風系統(tǒng)的基本要求 243.3.2采區(qū)風流路徑 253.4本章小結(jié) 254礦井通風方法及風量確定 264.1礦井通風方法的選擇 264.1.1選擇通風系統(tǒng)原則 264.1.2礦井通風系統(tǒng)的選擇 264.1.3礦井通風方式的選擇 284.2采掘工作面需風量確定 294.2.1回采工作面配風量 294.2.2掘進工作面風量確定 324.3礦井需風量確定 344.4礦井通風阻力計算 354.5主要通風設備 414.5.1設計依據(jù) 414.5.2通風機風量、風壓及工況點計算 414.5.3通風設備選擇 424.6通風等積孔及摩擦風阻 444.7本章小結(jié) 455礦井一通三防安全管理措施 465.1通風安全管理措施 465.2防瓦斯安全管理措施 475.2.1預防瓦斯積聚 475.2.2防止瓦斯引爆火源 475.3防火安全管理措施 485.4防塵安全管理措施 495.5本章小結(jié) 506結(jié)論及建議 516.1結(jié)論 516.2建議 517致謝 52參考文獻 531緒論1.1研究背景及意義研究背景我國是煤炭大國，也是產(chǎn)煤大國，同時還是煤炭消耗量最大的國家。目前我國煤可供利用的儲量約占世界煤炭儲量的11.62%，位居世界第三[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國煤炭探明總儲量在1萬億t以上，居世界前列；已知含煤面積55萬多km2，而且煤種齊全。煤炭是工業(yè)的糧食，煤炭工業(yè)發(fā)展的快慢，將直接關(guān)系到國計民生。近十幾年來，縱觀我國的經(jīng)濟增長率，一直保持在年均10％左右的增長速度。這也從一個側(cè)面反映了在未來一段時間內(nèi)，我國仍將對能源保持著較高的需求；也間接促使我國成為世界能源消費大國。其中煤炭在一次能源消費中所占有近70%比重的格局，客觀而又充分的說明了煤炭工業(yè)在我國所有工業(yè)行業(yè)中所處的重要位置。而對于煤炭的需求，將在未來一個相當長的時間內(nèi)保持現(xiàn)狀，不會有大幅度的規(guī)模變動及減產(chǎn)現(xiàn)象出現(xiàn)。雖然煤炭企業(yè)對我國經(jīng)濟有積極的推動，但煤炭行業(yè)是我國安全生產(chǎn)事故發(fā)生最多的行業(yè)，并且我國現(xiàn)有礦井95%以上都是地下開采的煤炭工業(yè)。表1.1[2]是近十年我國煤炭事故統(tǒng)計。表1.12001-2010我國煤炭事故情況年份2001200220032004200520062007200820092010事故起數(shù)3082311241433639334129452421190116161403死亡人數(shù)5670699564346027598647463786321526312433百萬噸死亡率5.074.944.173.0812.8112.0411.4851.2820.8920.749由上表可看出，我國煤炭行業(yè)安全狀況不容樂觀。煤礦安全生產(chǎn)事故，不但給國家財產(chǎn)和人民的生命安全造成了巨大的損失，并且嚴重的影響了我國的國際形象?？偟膩碚f我國煤炭安全現(xiàn)狀相對世界水平較落后。礦井通風是保障礦井安全生產(chǎn)的重要技術(shù)手段之一，對維護礦井安全生產(chǎn)發(fā)揮著極為重要的作用。礦井通風是依靠通風動力將定量的新鮮空氣沿著井巷網(wǎng)絡輸送到采煤工作面、掘進工作面、硐室和其他用風地點，滿足這些地區(qū)的安全要求和作業(yè)環(huán)境；同時將用過的污濁空氣排出地面的過程。在生產(chǎn)礦井中，有不少礦井因通風設計不合理造成了不必要的損失。如因所選風機能力不足使生產(chǎn)受限，阻礙生產(chǎn)發(fā)展；或因所選風機能力過大造成電耗增多噸煤投資增加等。因此搞好礦井通風設計對礦井安全生產(chǎn)、增產(chǎn)增效至關(guān)重要。研究意義XXX煤礦，是低瓦斯礦井，為防止井下瓦斯積聚，確保井下良好的工作環(huán)境。眾所周知，井下風量不足會引起瓦斯積聚，工作環(huán)境溫度升高，缺氧造成人員傷害等問題，而風量過剩也會導致不良的影響，如漏風量大，動力過度消耗，風流發(fā)生過度的冷卻作用，巷道內(nèi)礦塵飛揚，激發(fā)煤的自燃等。因此礦井通風設計合理與否對礦井的安全生產(chǎn)及經(jīng)濟效益具有長期而重要的影響。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀煤炭是世界工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的主要能源，很早以前，就有采礦的歷史，水到渠成礦井通風也隨之產(chǎn)生。礦井通風機類型約在1640年，人們開始把進風和回風分開，以利用自然通風壓力進行礦井通風。為了加大通風壓力，1650年在回風路線上設置火筐，1787年又在回風路線上設置火爐，使回風風流加熱。1745年俄國科學家發(fā)表了空氣在礦井中流動的理論，1764年法國采礦工程發(fā)表了關(guān)于礦井自然通風的理論，成為礦井通風史上奠基的兩篇論文。1807年風量約200m3/min，獸力活塞式空氣泵，1849年轉(zhuǎn)速約95轉(zhuǎn)/分，風量約500m3/min的蒸汽鐵質(zhì)離心式扇風機；1898年電力初型軸流式扇風機相繼投入使用。20世紀40年代，礦井已使用功率為約1500kw和3000kw的電力軸流式和離心式大型扇風機。礦井通風的主要動力是通風機。通風機是礦井的肺臟。目前，用于礦井的主要有離心式和軸流式兩類通風機，以前全用離心式。由于軸流式通風機具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、重量輕，而且其工作效率高，尤其是大型軸流式通風機，效率可達85％，三是有翼角調(diào)整裝備，便于機械性能調(diào)節(jié)或進行反風這些優(yōu)點，現(xiàn)在大部分礦井都采用軸流式通風機。礦井的通風系統(tǒng)可以看做是礦井通風的呼吸系統(tǒng)，其包括，向礦井各作業(yè)地點供給新鮮空氣、排除污濁空氣的進、回風井的布置方法，以及主要通風機的工作方法，通風網(wǎng)絡和風流的控制設施。礦井通風系統(tǒng)研究現(xiàn)狀目前，礦井通風系統(tǒng)按進、回風井在井田的位置不同，通風系統(tǒng)可分為中央式、對角式、區(qū)域式及混合式。各通風系統(tǒng)都有其優(yōu)缺點，利用各系統(tǒng)的優(yōu)點應用于不同的井田，不僅能保證井下通風安全，也有利井下正常生產(chǎn)。中央式通風系統(tǒng)又包括中央并列式和中央邊界式。前者適用于煤層傾角大、埋藏深、井田走向長度小于4km，瓦斯與自然發(fā)火都不嚴重的礦井。冶金礦山當?shù)V脈走向不太長，或受地形地質(zhì)條件限制，在兩翼不宜開掘風井是使用。后者適用于煤層傾角較小，埋藏較淺，井田走向長度不大，瓦斯與自然發(fā)火比較嚴重的礦井。對角式通風系統(tǒng)又包括兩翼和分區(qū)對角式。前者適用于煤層走向大于4km，井型較大，瓦斯與自然發(fā)火嚴重的礦井；或低瓦斯礦井，煤層走向較長，產(chǎn)量較大的礦井。后者適用于煤層埋藏淺，或因地表高低起伏較大，無法開掘總回風巷的礦井。區(qū)域式通風系統(tǒng)，適用于井田面積大、儲量豐富或瓦斯含量大的礦井。其既可改善通風條件，又能利用風井準備采區(qū)，縮短建井工期。風流路線短，阻力小。漏風少，網(wǎng)路簡單，風流易于控制，便于主要通風機的選擇。不足點是其通風設備多，不便管理?；旌鲜酵L系統(tǒng)，適用于井田范圍大，地質(zhì)和地面地形復雜；或產(chǎn)量大，瓦斯涌出量大的礦井。其優(yōu)點是回風井數(shù)量較多，通風能力大，布置較靈活，適應性強。通風機的工作方式礦井通風設計中，主要通風機的工作方式有三種：壓入式、抽出式、壓抽混合式。壓入式：主要通風機安設在入風井口，在壓入式主要通風機作用下，整個礦井通風系統(tǒng)處在高于當?shù)卮髿鈮籂顟B(tài)。在冒落裂隙通達地面時，壓入式通風礦井采區(qū)的有害氣體通過塌陷區(qū)向外漏出。當主要通風機因故停止運轉(zhuǎn)時，井下風流的壓力降低。采用壓入式通風時，須在礦井總進風路線上設置若干通風構(gòu)筑物，使通風管理困難，且漏風較大。抽出式：主要通風機安裝在回風井口，在抽出式主要通風機的作用下，整個礦井通風系統(tǒng)處在低于當?shù)卮髿鈮旱呢搲籂顟B(tài)。當主要通風機因故停止運轉(zhuǎn)時，井下風流的壓力提高，較為安全。壓抽混合式：在入風井口設一風機做壓入式工作，在回風井口設一風機做抽出式工作。通風系統(tǒng)的進風部分處于正壓，回風部分處于負壓，工作面大致處于中間，其正壓或負壓均不大，采空區(qū)通連地表的漏風因而較小。礦井通風系統(tǒng)的重要組成部分采區(qū)通風系統(tǒng)。它的合理與否不僅影響采區(qū)內(nèi)的風量分配，事故發(fā)生時的風流控制，生產(chǎn)的正常進行，而且嚴重影響礦井的通風質(zhì)量和安全狀況。采煤工作面及掘進面通風方法（1）采煤工作面通風方法通風設計中采煤工作面的通風系統(tǒng)，由采煤工作面的瓦斯、溫度和煤層自燃發(fā)火等所確定的，目前通風設計，根據(jù)采煤工作面進回風巷道的布置方式和數(shù)量，可將工作面通風系統(tǒng)分為U形與Z形通風系統(tǒng)，Y形、W形及雙Z形通風系統(tǒng)等類型。①U形與Z形通風系統(tǒng)。這種工作面通風系統(tǒng)只有一條進風巷道和一條回風巷道。目前我國普遍使用U形后退式通風系統(tǒng)（如圖1.1所示）。其優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，工作面進、回風巷要提前掘進，維護工作量大。前進式通風系統(tǒng)的維護工作量小，不存在采掘工作面串聯(lián)通風問題，在巷旁支護好、漏風不大時，有一定優(yōu)越性。采用前進式U形通風系統(tǒng)（如圖1.2所示）的工作面的采空區(qū)瓦斯不涌向工作面，而是涌向回風平巷。采用Z形后退式通風系統(tǒng)（如圖1.3所示）的工作面的采空區(qū)瓦斯不會涌入工作面，也是涌向回風巷，工作面采空區(qū)回風側(cè)能用鉆孔抽放瓦斯，但進風側(cè)不能抽放瓦斯。Z形前進式通風系統(tǒng)（如圖1.4所示）的工作面的進風側(cè)沿采空區(qū)可以抽放瓦斯，采空區(qū)的瓦斯易涌向工作面，特別是上隅角，回風側(cè)不能抽放瓦斯。Z形通風系統(tǒng)的采空區(qū)漏風，介于采用U形后退式和U形前進式通風系統(tǒng)之間；該通風系統(tǒng)需沿空支戶巷道和控制經(jīng)過采空區(qū)的漏風，其難度較大[3]。②Y形、W形及雙Z形通風系統(tǒng)，這三種采煤工作面通風系統(tǒng)均為兩進一回或一進兩回的采煤工作面通風系統(tǒng)。據(jù)進風巷與回風巷的數(shù)量和位置的不同，Y形通風系統(tǒng)（如圖1.5所示）可以有多種不同的方式。生產(chǎn)實際中應用較多的是回風側(cè)加入附加的新鮮風流，與工作面回風匯合后從采空區(qū)側(cè)流出。工作面采用Y形通風系統(tǒng)會使回風道風量加大，但上隅角及回風道德瓦斯不易超限，并可在上部進風道內(nèi)抽放瓦斯。后退式W形通風系統(tǒng)（如圖1.6所示），用于高瓦斯的長工作面或雙工作面。該系統(tǒng)的進回風平巷都布置在煤體中。W形前進式通風系統(tǒng)的巷道維護在采空區(qū)內(nèi)，巷道維護困難，漏風大，采空區(qū)涌出的瓦斯量也大。雙Z形通風系統(tǒng)，其中間巷與上、下平巷分別在工作面的兩側(cè)。雙Z形通風系統(tǒng)，其中間巷與上、下平巷分別在工作面的兩側(cè)。雙Z形前進通風系統(tǒng)（如圖1.7所示）的上、下進風平巷維護在采空區(qū)時。漏風攜帶出的瓦斯可能會使工作面超限；雙Z形后退式通風系統(tǒng)（如圖1.8所示）的上、下入風平巷布置在煤體中，漏風攜帶出的瓦斯不進入工作面，工作面比較安全[3]。③在H形通風系統(tǒng)中，兩進兩回的通風系統(tǒng)（如圖1.9所示），三進一回系統(tǒng)（如圖1.10所示），其特點是：工作面風量大，采空區(qū)瓦斯不涌向工作面，氣象條件好，增加了工作面的安全出口，工作面機電設備都在新鮮風流巷道中，通風阻力小，在采空區(qū)的回風巷道中可抽放瓦斯，易于控制上隅角的瓦斯，但沿空護巷困難，由于有附加巷道，可能影響通風的穩(wěn)定性，管理復雜。在工作面和采空區(qū)的瓦斯涌出量較大，在入風側(cè)和回風側(cè)都需增加風量以稀釋整個工作面的瓦斯，可考慮采用H形通風系統(tǒng)[3]。（2）掘進工作面通風方法掘進通風方法有總風壓通風、引射器通風和局部通風機通風3種。局部通風機通風是我國礦井廣泛采用的一種掘進通風方法。局部通風機通風利用局部通風機做動力，通過風筒導風的通風方法稱局部通風機通風，它是目前局部通風最主要的方法。局部通風機的常用通風方式有壓入式、抽出式和混合式[3]。①壓入式局部通風機及其附屬裝置安裝在離掘進巷道口10m以外的進風側(cè)，將新鮮風流流經(jīng)風筒輸送到掘進工作面，污風沿掘進巷道排出。如圖1.11所示。圖1.11壓入式通風布置②抽出式局部通風機安裝在離掘進巷道10m以外的回風側(cè)。新鮮風沿巷道流入，污風通過風筒由局部通風機抽出，如圖1.12所示。圖1.12抽出式通風布置③混合式通風是壓入式和抽出式兩種通風方式的聯(lián)合運用，兼有壓入式和抽出式兩者有點，其中壓入式向工作面供新風，抽出式從工作面排出污風。按局部通風機和風筒的布設位置，分為長壓短抽、長抽短壓和長抽長壓。按抽壓風筒口位置關(guān)系有前壓后抽和前抽后壓兩種方式。長抽短壓（前壓后抽）。工作面的污風由壓入式風筒壓入的新風予以沖淡和稀釋，由抽出式主風筒排出。其布置如圖1.13所示。圖1.13長抽短壓通風方式長壓短抽（前抽后壓）。新鮮風流經(jīng)壓入式長風筒送入工作面，工作面污風經(jīng)抽出式通風除塵系統(tǒng)凈化，被凈化后的風流沿巷道排出。其布置圖如圖1.14所示。圖1.14長壓短抽通風方式混合式通風的主要缺點是降低了壓入式與抽出式兩列風筒重疊段巷道內(nèi)的風量，當掘進巷道斷面大時風速就更小，則此段巷道頂板附近易形成瓦斯層狀積聚。因此，兩臺風機之間的風量要合理匹配，以免發(fā)生循環(huán)風，并使風筒重疊段內(nèi)風速大于最低風速。一般，混合式通風是大斷面長距離巖巷掘進通風的較好方式。礦井全風壓通風全風壓通風是利用礦井主要通風機的風壓，借助導風設施把主導風流的新鮮空氣引入掘進工作面。其通風量取決于可利用的風壓和風路風阻。按其導風設施不同可分為[3]：①風筒導風，在巷道內(nèi)設置擋風墻截斷主導風流，用風筒把新鮮風引入掘進面，污濁風從掘進巷道中排出。這種方法輔助工程小，風筒安裝、拆卸比較方便，通常用于需風量不大的短巷掘進通風中，如圖1.15所示。圖1.15風筒導風②平行巷道導風，在掘進主巷道時，在附近與其平行掘一條配風巷，每隔一定距離在主、配巷間開掘聯(lián)絡巷，形成貫穿風，當新的聯(lián)絡巷溝通后，舊聯(lián)絡巷封閉。兩條平行巷道的獨頭部分可用風障或風筒導風，巷道的其余部分用主巷進風，配巷回風。這種方法常用于煤巷掘進，尤其是在厚煤層的采空巷掘進，和運輸、通風等需要開掘雙巷時。這種方法也常用于解決長巷掘進通風的困難，如圖1.16所示。圖1.16平行巷道導風③鉆孔導風，離地面或領(lǐng)近水平較近處掘進長巷反眼或上山時，可用鉆孔提前溝通掘進巷道，以便形成貫穿風流。此種方法用于煤層上山掘進通風，有良好的排瓦斯效果，如圖1.17所示。圖1.17鉆孔導風④風障導風，在巷道內(nèi)設置縱向風障，把風障上游一側(cè)的新風引入掘進工作面，清洗后的污風從風障下游一側(cè)排出。在短巷掘進時，可用木板、帆布；長巷掘進，可用磚、石、混凝土材料構(gòu)筑風墻。此種方法工程量大。適用于短距離或無其他好方法可用時采用，如圖1.18所示。圖1.18風障導風在主要通風機正常運轉(zhuǎn)，并有足夠的全風壓克服導風設施的阻力時，全風壓通風能連續(xù)供給掘進工作面所需風量，而無需附加通風動力，管理方便，但其工程量大，使用風障有礙運輸。因此在瓦斯涌出量大，使用通風設備不安全或技術(shù)不可行的局部地點，可以使用全風壓通風。如果全風壓通風在技術(shù)上不可行或經(jīng)濟上不合理，則必須借助專門的通風動力設備，對掘進工作面進行局部通風。引射器通風，引射器產(chǎn)生的通風負壓，通過風筒導風的通風方法。引射器通風一般采用壓入式，如圖1.19所示。圖1.19引射器通風引射器通風的優(yōu)點是無電氣設備，無噪聲；具有降溫、降塵作用。在煤與瓦斯突出嚴重的煤層掘進時，用它代替局部通風機通風，設備簡單，安全性較高。缺點是風壓低、風量小、效率低，并存在巷道積水問題。一般這種方法適用需風量不大短距離巷道掘進通風；在含塵大、氣溫高的采掘機械附近，采取水力引射器與其他通風方法聯(lián)合使用形成混合式通風。使用的前提條件是有高壓水源或氣源[3]。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對礦井通風的要求不斷提高，也更具有合理性。如礦井供風量每人不少于4m3/min，在主要進風道、回風道、修理中的井筒和提升人員、物料的井筒最大風速不能超過8m/s?；夭晒ぷ髅妗⒕蜻M煤巷和半煤巖巷最小風速不小于0.25m/s等規(guī)定，這都為礦井的安全生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。1.3主要設計內(nèi)容及工作流程設計內(nèi)容（1）確定XX煤礦通風方式。根據(jù)礦井瓦斯涌出量，礦井設計生產(chǎn)能力，煤層賦存條件等因素選擇合適的通風方式。（2）采區(qū)、工作面、備用面及掘進面的通風設計，根據(jù)各面生產(chǎn)需求以及其環(huán)境選擇合適的通風方式，并計算出采掘工作面的需風量。（3）礦井風量計算和風量分配。依據(jù)XX煤礦實際條件，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》要求計算出礦井需風量。（4）礦井通風阻力計算。計算出通風容易時期和通風困難時期的通風阻力，確定礦井的通風難易程度。做出通風系統(tǒng)圖和通風網(wǎng)絡圖。（5）選擇通風設備。根據(jù)礦井需風量及自然風壓，結(jié)合主要通風機的特性曲線，選擇出XX煤礦合理的礦井通風機。（6）從一通三防方面提出相關(guān)安全措施。、2麥地掌煤礦基本概況2.1井田概況2.1.1麥地掌煤礦位于山西省清徐縣馬峪鄉(xiāng)陳家坪、麥地掌村及古交市邢家社鄉(xiāng)陳家社村一帶，南距清徐縣城約10km，其間有清徐-古交公路相通。清徐縣城距太原市約40km，其間有307國道相通。交通尚為方便。本礦井設計年產(chǎn)量為一百五十萬噸，采用一套綜采來滿足產(chǎn)量的要求。礦井運輸大巷采用皮帶運輸作為主運輸，采用柴油機車最為輔助運輸，礦井通風采用軸流式扇風機分區(qū)、抽出式通風方式。（4）氣象本區(qū)地處我國西部內(nèi)陸，屬典型的中溫帶半干旱大陸性季風氣候。氣候特點為冬季寒冷，春季多風，夏季炎熱，秋季涼爽，四季冷熱多變，晝夜溫差懸殊，干旱少雨，蒸發(fā)量大。降雨多集中在七、八、九三個月。全年無霜期短，十月初上凍，次年四月解凍。年平均氣溫9.1℃，極端最低氣溫為－24℃，極端最高氣溫為38.9℃；最熱為7月份，平均23.9℃，最冷為1月份，平均－8.4℃。區(qū)內(nèi)年平均降水量433.1mm，年最大降水量849.6mm（1967年）,年最小降水量227.7mm（1972年）。年蒸發(fā)量1192.2mm，相當降水量的2.5倍。降水主要集中在7～9月份，占總量的69%，尤以8月份最多，平均為132.5mm，約占總量的25%，并多以暴雨形式出現(xiàn)，易形成洪水、同時誘發(fā)各類地質(zhì)災害。平均風速1.76m/s（1991～2001年），極端最大風速15.7m/s（1993年1月）。最大凍土深度146cm（1968年）。地質(zhì)構(gòu)造井田位于華北地臺鄂爾多斯盆地東緣河東斷褶帶西側(cè)，伊陜單斜區(qū)東北角與烏拉山～呼和浩特斷陷的接合帶部位，其特殊的大地構(gòu)造位置既具備了鄂爾多斯盆地次級構(gòu)造單元陜北斜坡的主體構(gòu)造形態(tài)，又具有河東斷褶帶與烏拉山～呼和浩特斷陷的斷裂構(gòu)造發(fā)育的特點。根據(jù)具體構(gòu)造形態(tài)及斷裂構(gòu)造的分布特征將井田劃分為南北兩個不同的構(gòu)造單元，南區(qū)主體為向西南傾斜的單斜構(gòu)造，傾向SW，傾角1～3°，局部發(fā)育寬緩的波狀起伏；北區(qū)近東西向，寬度4～5km的狹長階梯式斷陷帶，該斷陷帶內(nèi)次級小斷裂構(gòu)造較發(fā)育。井田以F2斷裂南北分界，形成南區(qū)寬緩的單斜構(gòu)造形態(tài)，總體抬升幅度較大，52煤層底板標高一般在+1160～+1175m之間，最低+1155m，最高靠近F2斷層附近煤層底板標高在+1185m左右，近于水平地層，起伏較小，井田東南部邊緣地段煤層逐漸變薄，甚至局部尖滅，幅高降低20m左右，西南部地勢較低，沿溝谷煤層出露較多，剝蝕范圍較大。井田中部及北部邊緣發(fā)育二條較大的正斷層（F1、F2），近東西向分布，形成東西走向、南北寬約4～5km的狹長斷陷帶，東西延伸至井田外圍。F1斷層為正斷層，傾向南西，一般傾角65°～70°，局部75°～80°，近直立。地表控制點3個，如石塔則小南川溝斷點，斷層痕跡明顯，斷層出露點上下盤地層巖性截然不同，上盤為灰色、灰白色粉砂巖、細粒砂巖夾煤層、薄層炭質(zhì)泥巖，屬延安組含煤地層，薄煤層判斷為52上及51下部煤層；下盤巖性為雜色泥巖及粉砂巖，為富縣組標志性地層，根據(jù)層位及層間距判斷該斷層落差60～70m。F2斷層位于先期開采地段北部邊界，勘探報告對該斷層進行了重點控制，根據(jù)地表、鉆孔驗證及二維地震等手段進行控制，查明了該斷層的性質(zhì)、規(guī)模及平面擺動位置。F2斷層為正斷層，傾向北東，傾角65°～70°，自西向東斷層規(guī)模變小，西端最大落差120m，東端逐漸減小至30～50m。井田內(nèi)該斷層地表控制點5個，且斷層上下盤通過鉆孔驗證，其平面擺動范圍控制在100m以內(nèi)。ZK16-13鉆孔底部發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶痕跡。先期開采地段與F2斷層之間推斷存在規(guī)模較小的次級斷層（F5），勘探報告依據(jù)鉆孔煤層底板等高線進行推斷，屬隱伏斷層，地表覆蓋未出露。F4斷層分布于秦晉煤礦的西南部，為一走向北北西～南南東、傾向北東、傾角83°～87°的張性正斷層，斷層兩側(cè)各有1～10m寬的拖曳和牽引帶，受其影響局部地層傾角可達8°，距斷層破碎帶稍遠處，地層復趨平緩。秦晉煤礦22號煤層被該斷層分為東西兩部，東部為其上盤，地表出露為風化后的直羅組地層；西部為其下盤，出露地層為延安組第四段，含22號煤層。根據(jù)勘探報告提供的資料，井田地層平緩，南部（F2斷層以南）傾角1～3°，地質(zhì)構(gòu)造屬簡單類型；井田北部（F1和F2斷層之間的斷陷帶）傾角最大8°，次級小斷裂構(gòu)造較發(fā)育，構(gòu)造較南部相對復雜?？傮w上分析，井田地質(zhì)構(gòu)造較為簡單。煤層與煤質(zhì)（1）煤層麥地掌井田含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組第一段至第四段。含煤地層總厚度30.30～254.72m，平均厚度89.78m。含煤9層，自上而下編為22、31、42、43、44、51、52上、52和53煤，煤層平均總厚12.57m，煤層平均可采厚度12.22m，含煤系數(shù)14%?？刹擅簩臃植济娣e及可采面積如表2.1所示。表2.1各可采煤層分布面積及可采面積一覽表煤層編號2231425152上52分布面積（km2）3.588.6412.3313.361543.26可采面積（km2）3.588.648.6212.819.8839.32（2）煤質(zhì)井田內(nèi)可采煤層均為黑色，條痕為黑褐色；瀝青～油脂光澤，性較脆，部分暗淡光澤；貝殼狀、參差狀斷口。絲炭呈絲絹光澤，纖維狀結(jié)構(gòu)；各煤層內(nèi)生裂隙不甚發(fā)育，裂隙填充少量方解石脈或細小黃鐵礦脈及薄膜；煤層以中條帶～細條帶狀結(jié)構(gòu)為主，均一狀結(jié)構(gòu)；煤層水平層理發(fā)育。各可采煤層平均視密度變化不大，在1.33～1.39g/cm3之間。各煤層顯微組分中鏡質(zhì)組含量約占12.9～57.6%。其中51煤最低，42煤最高。惰質(zhì)組含量約占31.7～81.4%，顯示煤的高絲炭化特征，其中42煤最低，51煤最高。有機組分中，煤層的鏡質(zhì)組以基質(zhì)鏡質(zhì)體為主，次為均質(zhì)鏡質(zhì)體，含少量結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體及團塊狀鏡質(zhì)體，含極少量膠質(zhì)鏡質(zhì)體。惰質(zhì)組一般以碎屑絲質(zhì)體為主，次為絲質(zhì)體，含少量半絲質(zhì)體，含極少量微粒體及粗粒體、菌類體。殼質(zhì)組以小孢子為主，次為角質(zhì)體，含少量樹脂體。無機組分總含量0.6％～8.9％。其中52上煤最高，52煤、31煤最低，其主要無機組分包括粘土類、硫化物類、碳酸鹽類、二氧化硅類。各煤層的最大鏡質(zhì)組反射率（Rmax%）在0.438-0.601%之間變化。以上煤的宏、微觀特征表明，井田內(nèi)各煤層屬于低變質(zhì)煙煤。瓦斯根據(jù)勘探報告，在井田內(nèi)取16個瓦斯采樣測試分析：各層煤所含瓦斯成份多是以氮氣為主，二氧化碳微量，多屬氮氣帶。瓦斯的賦集與運移條件與圍巖特征等因素有密切關(guān)系，在空間上不是均勻分布于煤層之中。區(qū)內(nèi)各煤層埋藏淺,地層產(chǎn)狀進水平，無貯氣構(gòu)造，煤的變質(zhì)程度低，雖有少量瓦斯溢出，但大多沿巖石裂隙逸散于大氣中，因此測試結(jié)果氣體總量很小。經(jīng)對勘探區(qū)內(nèi)各小煤窯調(diào)查，均未發(fā)生過瓦斯爆炸事故，該區(qū)各煤層瓦斯含量很低。勘探區(qū)內(nèi)共取瓦斯樣11組，見表2.2。表2.2各煤層瓦斯含量測定成果匯總表煤層點數(shù)自然瓦斯成分（%）瓦斯含量（ml/gr,daf）N2CO2CH4重烴N2CO2CH4重烴井田水文地質(zhì)條件區(qū)域地處鄂爾多斯臺向斜東緣，陜北黃土高原與毛烏素沙漠的接壤地帶，為北溫帶干旱、半干旱大陸季風性氣候。屬水系發(fā)育的黃土梁峁區(qū)，地形破碎，切割強烈。區(qū)內(nèi)較大的水系有皇甫川、孤山川、清水川、悖牛川等河。區(qū)域內(nèi)可分為三個自然地貌區(qū)，即沙漠灘地區(qū)（包括低緩黃土梁崗區(qū)），河谷階地區(qū)及黃土梁峁區(qū)。地下水的形成、分布和水化學特征主要受區(qū)域地貌制約，此外還受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、古地理環(huán)境及水文氣象諸因素的綜合控制。區(qū)內(nèi)可分為新生界松散巖類孔隙及裂隙潛水，中生界碎屑巖類裂隙孔隙潛水與層間裂隙承壓水。隔水層主要是第三系上新統(tǒng)靜樂組紅土，分布廣，厚度一般20～60m，鉆孔揭露最大厚度95m，為新生界與基巖之間的隔水層，此外還有厚度、面積較大且連續(xù)分布的泥巖及粉砂質(zhì)泥巖等，為基巖層間隔水層。區(qū)內(nèi)潛水主要接受大氣降水的入滲補給，補給量受大氣降水量，降水強度，降水形式，地形地貌，含水層巖性等諸多因素的制約。另外沙漠灘地區(qū)地下水還接受凝結(jié)水的補給，但補給量甚微。徑流方向受區(qū)域地形控制總體由北往南運動。局部受地貌地形控制，一般由地勢高的河間區(qū)向河谷區(qū)徑流。本區(qū)潛水主要以泉或泄流形式排泄，人工開采及垂向蒸發(fā)亦是排泄方式之一。井田屬黃河水系，支流有孤山川、木瓜川、清水川等河。依據(jù)地質(zhì)勘探及詳查資料，結(jié)合地形地貌，確定井田中部，沿銀巧圪塔、紅崖灣、大墩梁、塌樓梁、太平墩一帶，有一NW-SE向的分水嶺，沿塌樓梁、墩梁一帶，有一近W-E向的分水嶺，將勘探區(qū)內(nèi)潛水劃分為東北、東南、西部三個流域區(qū)。西部屬孤山川河流域，勘探區(qū)內(nèi)面積約21km2。東北部屬清水川流域，面積約5.54km2。東南部屬木瓜川流域，面積約6km2。梁的延伸方向受水系的控制，以分水嶺為中心，向兩側(cè)展布，梁面多以黃土及極少量風積沙覆蓋。以10～20°向兩側(cè)溝谷傾斜，溝邊緣以下谷坡較為陡峻，局部地段兩岸谷坡形成陡崖，不利于降水及地表水的滲入，對地下水的形成十分不利?？碧絽^(qū)西部亂菜溝、菜溝、XX溝等支水系，匯入沙梁川，向下游流入孤山川。東北部的寧條溝、紅崖灣、大墩溝、老虎溝一帶由西南向東北流入小南川溝匯入清水川河。木瓜川、嚇死鬼溝由西北向東南流入木瓜川河，均向下游在府谷境內(nèi)匯入黃河。井田水文地質(zhì)類型為二類一型，即以裂隙含水層充水為主的水文地質(zhì)條件簡單的礦床。礦井涌水對開采影響很小。2.2礦井設計生產(chǎn)能力礦井工作制度根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》，結(jié)合礦區(qū)工作習慣，確定礦井設計年工作日為330天，日凈提升時間16h。井下實行“四六”工作制，每天四班作業(yè)，其中三班生產(chǎn)，一班檢修，每班工作6小時。地面實行“三八”工作制，第每天三班作業(yè)，每班工作8小時，其中二班生產(chǎn)，一班檢修。礦井生產(chǎn)條件（1）資源條件井田面積54km2，勘探地質(zhì)報告共獲得各類資源資/源量222.21Mt，煤類屬低～低中灰分、特低硫的不粘煤，煤質(zhì)優(yōu)良。工業(yè)資源/儲量192.08Mt，設計可采儲量120.85Mt。（2）開采技術(shù)條件井田地質(zhì)構(gòu)造較為簡單，水文地質(zhì)條件簡單，瓦斯含量低，無地熱危害。可采煤層賦存穩(wěn)定，為近水平煤層（煤層傾角小于3°）。各煤層有自燃傾向性，煤塵有爆炸性。設計采取了全面的綜合防治措施，可最大可能地減少或避免安全事故發(fā)生，實現(xiàn)安全、穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)高效。（3）市場條件井田煤質(zhì)優(yōu)良。根據(jù)市場分析，銷售前景看好。（4）煤炭外運條件礦井生產(chǎn)的煤炭既可通過汽車運至附近用戶，也可以通過神（木）～朔（州）鐵路外運，交通運輸條件便利。礦井設計生產(chǎn)能力為1.20Mt/a。礦井設計可采儲量為120.85Mt，經(jīng)計算礦井服務年限為71.9a。一水平設計可采儲量為100.2Mt，計算出服務年限為59.6a。2.3井田開拓方式礦井工業(yè)場地布置在菜溝內(nèi)約2km、上廟梁村西北約0.5km處的溝谷內(nèi)。工業(yè)場地處地形地勢，經(jīng)計算場地標高約+1129～+1136m。工業(yè)場地位于溝兩側(cè)52煤層底板以下30m左右。根據(jù)井田范圍形狀特征，開拓巷道沿菜溝煤層露頭風氧化帶布置最合理。工業(yè)場地南邊界距離開拓巷道約430m經(jīng)計算井筒坡度小于5°，即礦井有條件選擇平硐開拓，設計確定采用平硐開拓。根據(jù)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)對的井筒的功能要求，設計布置主平硐擔任煤炭運輸及輔助進風任務、副平硐擔任輔助運輸及主要進風任務、回風斜井擔任回風任務。結(jié)合工業(yè)場地總平面布置、堅向布置，為充分利用地形地勢，主、副平硐與一采區(qū)回風斜井3個井筒井口布置在3個水平標高平臺處，其中主平硐進口標高+1165.0m、副平硐進口標高+1129.0m。根據(jù)井田南北區(qū)可采煤層層位，設計將礦井劃分2個水平（一水平設3個輔助水平）、8個采區(qū)，其中一水平標高1165.0m、二水平標高+1015.0m。井田南區(qū)+1165m水平開拓巷道沿菜溝煤層露頭保護煤柱布置。+1165m水平開拓巷道穿過斷層后與沿F2斷層保護煤柱布置的暗斜井連接。暗斜井與各輔助水平及二水平連接。由于井田范圍較大，需采用分區(qū)通風系統(tǒng)。布置在主工業(yè)場地的一采區(qū)回風斜井與主、副平硐服務于一采區(qū)。布置在菜溝村附近的菜溝回風平硐與主、副平硐服務于一采區(qū)東北局部、二采區(qū)和三采區(qū)。布置在大墩溝風井場地的1對進回風井立井服務于井田北區(qū)。主平硐井口位于工業(yè)場地東南側(cè)生產(chǎn)區(qū)，井口標高+1156.0m，傾角1o13′50"，長度433m，安裝1部阻燃膠帶輸送機，擔負煤炭運輸任務，并兼進風。副平硐井口位于工業(yè)場地西南部輔助生產(chǎn)區(qū)內(nèi)，井口標高+1129.0，傾角5o，長度475m，利用無軌膠輪車擔負材料、設備和人員以及矸石的運輸任務，并兼進風和安全出口。一采區(qū)回風斜井井口位于工業(yè)場地西南側(cè)山坡上，井口標高+1175.0m，傾角0～25o，長度51m。其主要為一采區(qū)服務，稱之為一采區(qū)回風斜井。一采區(qū)回風斜井擔負一采區(qū)回風任務并兼安全出口。2.4采區(qū)布置及裝備井田地質(zhì)特征根據(jù)構(gòu)造形態(tài)及斷裂構(gòu)造的分布特征，井田劃分為南北兩個不同的構(gòu)造單元，南區(qū)主體為向西南傾斜的單斜構(gòu)造，傾向SW，傾角1～3°，局部發(fā)育寬緩的波狀起伏；北區(qū)近東西向，寬度4～5km的狹長階梯式斷陷帶，該斷陷帶內(nèi)次級小斷裂構(gòu)造較發(fā)育。南北區(qū)以F2斷層為界。F2斷層傾向北東，傾角65～70°，落差110m左右，自西向東規(guī)模逐漸變小。一采區(qū)尺寸、可采儲量及生產(chǎn)能力如表2.3所示。表2.3一采區(qū)尺寸、可采儲量及生產(chǎn)能力表采區(qū)名稱走向長度（km）傾斜長度（km）開采面積（km2）可采儲量（Mt）生產(chǎn)能力（Mt/a）一采區(qū)1.911.063.398.441.20采煤方法與工藝井田可采煤層特征，煤層可采范圍內(nèi)厚度0.8～3.32m，為中厚及薄煤層，南、北兩區(qū)均為單斜構(gòu)造，煤層結(jié)構(gòu)簡單，近水平煤層。采煤工藝采用綜合機械化采煤工藝。根據(jù)煤層為近水平煤層、有自燃發(fā)火傾向性，同時考慮工作面采空區(qū)容易管理，工作面由采區(qū)邊界向準備巷道后退式推進，采用長壁后退式采煤方法。工作面生產(chǎn)方式及設備（1）工作面生產(chǎn)方式工作面以液壓支架形成的空間作為采、裝、運設備及人員安全活動空間。采煤機作為割煤設備，跨在刮板輸送機上運行。刮板輸送機為煤炭運輸設備。采煤采用雙滾筒采煤機。采煤機前端滾筒沿頂板割煤，后端滾筒沿底板割煤。面向煤壁，右滾筒為右螺旋（即順時針螺旋），左滾筒為左螺旋（即逆時針螺旋）。采煤機采用工作面端部斜切進刀，往返一次割兩刀為一循環(huán)。采煤機割下的煤一部分落入刮板輸送機，由刮板輸送機運出工作面；另一部分落入刮板輸送機與煤壁之間底板上，由采煤機清底裝煤，另外刮板輸送機前移也起到清理底煤作用。（2）工作面設備根據(jù)所需采高（最大采高3m）、截割功率及液壓支架高度，選用MG400/930-AWD型雙滾筒采煤機，裝機功率2×400+2×55+20kW（截割功率2×400kW），電壓3300V。適合于采高1.60～3.40m，傾角小于40°的薄及中厚煤層?？蓮澢伟遢斔蜋C考慮工作面長度及采煤與刮板輸送機連接尺寸要求，選用SGZ730/400型刮板輸送機。運輸能力700～900t/h，工作長度200m，裝機功率2×200kW。2.5采掘工作面概況采煤工作面概況首采區(qū)內(nèi)52號煤層厚度2.12～2.54m，平均2.38m，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，大部分具一層夾矸，厚度0.05～0.40m，平均0.21m，巖性為粉砂質(zhì)泥巖或炭質(zhì)泥巖。煤層變異系數(shù)Cr=0.1822，屬穩(wěn)定性煤層。因此確定首采區(qū)回采工作面采高2.38m。結(jié)合本礦井地質(zhì)條件簡單、煤層賦存穩(wěn)定、煤層傾角近水平的特點，參考陜北地區(qū)生產(chǎn)礦井生產(chǎn)經(jīng)驗和所選設備能力較大等因素，綜合確定首采區(qū)工作面長度200m。生產(chǎn)中可根據(jù)實際生產(chǎn)情況，調(diào)整到最適合礦井開采條件和設備的工作面長度。表2.4工作面特征表采區(qū)工作面編號采煤工藝工作面參數(shù)年生產(chǎn)能力（Mt）面長（m）采高（m）年進度（m）一采區(qū)1001綜采2002.3817281.20掘進工作面概況礦井初期時共配備3個掘進工作面。表2.5掘進工作面主要設備配備表序號煤巷綜合機械化掘進設備名稱設備型號1掘進機EBZ-1602轉(zhuǎn)載機QZP-1603可伸縮膠帶機SSJ800/2×404錨桿機MYT-1205局部通風機FBD№6.3/2×306混凝土噴射機ZP-I7混凝土攪拌機安Ⅳ8混凝土噴射機械手FS-22.6本章小結(jié)本章主要從以下幾點介紹了XX煤礦。（1）XX煤礦周邊環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造、煤層與煤質(zhì)、瓦斯、井田水文地質(zhì)條件等概況。（2）XX煤礦的生產(chǎn)條件、井田開拓方式、采區(qū)布置及裝備、采掘工作面概況。3采掘工作面通風方式選擇3.1采煤工作面通風方式確定現(xiàn)有通風方式采煤工作面通風系統(tǒng)是由進、回風巷（順槽）、工作面、采空區(qū)和通風設施等構(gòu)成，包括采煤工作面的通風方法、風流流動形式、通風方式和采空區(qū)漏風方式等。采煤工作面的通風方式，目前有U形、Z形、Y形、W形、Z形、H形幾種通風系統(tǒng)。各種通風系統(tǒng)特點如表3.1所示。表3.1各通風系統(tǒng)特點Ｕ形通風系統(tǒng)Ｕ形后退式其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，巷道施工維修量小，工作面漏風小，風流穩(wěn)定，易于管理等；缺點是上隅角瓦斯易超限，工作面進、回風巷要提前掘進，維護工作量大。U形前進式前進式通風系統(tǒng)維護工作量小，不存在采掘工作面串聯(lián)通風問題，漏風不大時，有一定優(yōu)越性，工作面的采空區(qū)瓦斯不涌向工作面，而是涌向回風平巷。Z形通風系統(tǒng)Z形后退式工作面的采空區(qū)瓦斯不會涌入工作面，而是涌向回風巷，工作面采空區(qū)回風側(cè)能用鉆孔抽放瓦斯，但進風側(cè)不能抽放瓦斯。Z形前進式工作面的進風側(cè)沿采空區(qū)可以抽放瓦斯，采空區(qū)的瓦斯涌向工作面，特別是上隅角，回風側(cè)不能抽風瓦斯。Z形通風系統(tǒng)采空區(qū)漏風，介于U形后退和U形前進式之間。W形通風系統(tǒng)W形后退式用于高瓦斯的長工作面或雙工作面，該系統(tǒng)的進、回風平巷都布置在煤體中。在中間巷內(nèi)布置瓦斯鉆孔時，抽放孔處于抽放區(qū)域的中心，因而抽放率比采用U形通風系統(tǒng)的工作面提高50%。W形前進式巷道維護在采空區(qū)內(nèi)，巷道維護困難，漏風大，采空區(qū)涌出的瓦斯量也大。雙Z形通風系統(tǒng)雙Z后退式上、下入風平巷布置在煤體中，漏風攜帶出的瓦斯不進入工作面，工作面比較安全。雙Z前進式上、下進風平巷維護在采空區(qū)時，漏風攜帶出的瓦斯可能會使工作面超限。雙Z形通風系統(tǒng)的工作面有一段時下行通風，并且需設邊界上山，維護在采空區(qū)的巷道在支護上還要防止漏風。H形通風系統(tǒng)包括兩進兩回式和三進一回式兩種通風方式。工作面風量大，采空區(qū)瓦斯不涌向工作面，氣象條件好，增加了工作面的安全出口，工作面機電設備在新鮮風流巷道中，通風阻力小，在采空區(qū)的回風巷道中可抽放瓦斯，易于控制上隅角瓦斯。但沿空護巷困難；由于有附加巷道，可能影響通風的穩(wěn)定性，管理復雜。在工作面和采空區(qū)的瓦斯涌出量都較大，在入風側(cè)和回風側(cè)都需增加風量以稀釋整個工作面瓦斯時，可考慮采用H形通風系統(tǒng)。Y形通風系統(tǒng)生產(chǎn)實際中應用較多的是在回風側(cè)加入附加的新鮮風流，與工作面回風匯合后從采空區(qū)側(cè)流出的通風系統(tǒng)。工作面采用Y形通風系統(tǒng)會使回風道風量加大，但上隅角及回風道的瓦斯不易超限，并可在上部進風道內(nèi)抽放瓦斯。采煤工作面通風系統(tǒng)是礦井通風系統(tǒng)的子系統(tǒng)。是井下采煤的工作地點，又是井下人員最集中的地點，因此其通風系統(tǒng)的好與壞對礦井安全生產(chǎn)有直接影響。XX煤礦通風方式確定根據(jù)礦井瓦斯、水文地質(zhì)條件，采區(qū)布置等因素，工作面通風系統(tǒng)有U型與Z型兩種方案可供選擇。根據(jù)表3.1可知，U型通風系統(tǒng)簡單、施工量小、工作面漏風小、風流穩(wěn)定、易于管理。所以，一采區(qū)采煤工作面通風系統(tǒng)確定為U型后退式。工作面通風方式布置見圖如圖3.1所示。圖3.1U型后退式3.2掘進通風方式確定目前的掘進通風方式掘進通風方法有總風壓通風、引射器通風和局部通風機通風3種。各種掘進通風方法特點如表3.2所示。表3.2各掘進通風方法特點XX煤礦掘進通風方式確定經(jīng)上述幾種掘進通風方式優(yōu)缺點比較，確定掘進巷道采用局部通風方式，局部通風機有壓入和抽出式兩種可選擇。壓入式和抽出式通風比較（1）壓入式通風時，局部通風機布置在新鮮風流中，污風不通過局部通風機，安全性好；而抽出式通風時，含瓦斯的污風通過局部通風機，若局部通風機不具備防爆性能，則是非常危險的。（2）壓入式通風風筒出口風速和有效射程均較大，可防止瓦斯層狀積聚，且因風速較大而提高散熱效果。然而，抽出式通風有效吸程小，掘進施工中難以保證風筒吸入口到工作面的距離在有效吸程之內(nèi)。與壓入式通風相比，抽出式風量小，工作面排污風所需時間長、速度慢。（3）壓入式通風時，掘進巷道涌出的瓦斯向遠離工作面方向排走，而用抽出式通風時，巷道壁面涌出的瓦斯隨風流流向工作面，安全性較差。（4）抽出式通風時，新鮮風流沿巷道進入工作面，整個井巷空氣清新，勞動環(huán)境好；而壓入式通風時，污風沿巷道緩慢排出，掘進巷道越長，排污風速度越慢，受污染時間越久。這種情況在大斷面距離巷道掘進中尤為突出。（5）壓入式通風可用柔性風筒，其成本低、重量輕，便于運輸。而抽出式通風的風筒承受負壓作用，必須使用剛性或帶剛性骨架的可伸縮風筒，成本高，重量大，運輸不便?；谏鲜龇治?，當以排除瓦斯為主的煤巷、半煤巖巷掘進時應采用壓入式通風，而當以排除粉塵為主的井筒掘進時，宜采用抽出式通風。麥地掌煤礦井田煤層為薄及中厚煤層，開拓及準備巷道高度大于等于煤層厚度，沿煤層底板布置，為半煤巖巷、煤層巷為主。所以掘進工作面通風局部通風機通風方法設計為壓入式通風。如圖3.2所示。圖3.2掘進工作面壓入式通風方法3.3采區(qū)通風系統(tǒng)設計采區(qū)通風系統(tǒng)的基本要求在一般情況下，一個礦井總是同時有幾個采區(qū)進行回采和準備。從通風的角度來看，每一個釆區(qū)就是礦井通風系統(tǒng)中的一個獨立的通風區(qū)域，它們各自與礦井的主要進風巷和回風巷相連通，是礦井通風系統(tǒng)的主要組成單元，是采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，它包括采區(qū)進風、回風和工作面進、回風巷道組成的風路的連接形式及采區(qū)內(nèi)的風流控制設施。采區(qū)通風系統(tǒng)主要取決于采煤系統(tǒng)（采煤方法），但又能在-定程度上影響著采區(qū)的巷道布置系統(tǒng)。其合理與否不僅影響采區(qū)內(nèi)的風量分配，發(fā)生事故時的風流控制，生產(chǎn)的順利完成，而且影響到全礦井的通風質(zhì)量和安全狀況。完備的采區(qū)通風系統(tǒng)應能有效地控制采區(qū)內(nèi)的風流方向，風量和風質(zhì)，采區(qū)應該有足夠的供風量，并按需分配到各個采、掘工作面。為此，采區(qū)通風系統(tǒng)應滿足下列基本要求：（1）每一個采區(qū)，都必須布置回風巷，實行分區(qū)通風。煤層群或分層開采的每個上、下山采區(qū)，采用聯(lián)合布置時，都必須至少設置一條專門的回風巷。采區(qū)進、回風巷必須貫穿整個采區(qū)的長度或高度。嚴禁將一條上、下山或盤區(qū)的風巷分為兩段，其中一段為進風巷，另一段為回風巷。（2）保證風流流動的穩(wěn)定性，在采區(qū)逆風系統(tǒng)中應盡量避免或減少角聯(lián)通風。（3）通風系統(tǒng)力求簡單，以便在發(fā)生事故時易于控制風流和撤走人員。（4）采煤工作面和掘進工作面都應采用獨立通風。有特殊困難必須串聯(lián)通風時應符合《規(guī)程》有關(guān)規(guī)定。（5）煤層傾角大于12°的采煤工作面采用下行通風時，報礦總工程師批準，并須遵守下列規(guī)定：①采煤工作面的風速，不得低于lm/s；②機電設備設在回風巷時，其風流中瓦斯?jié)舛炔坏贸^1%，并應裝有瓦斯自動檢測報警斷電裝置；③進、回風巷中，都必須設置消防供水管路。④有煤與瓦斯（二氧化碳）突出的采煤工作面嚴禁采用下行通風。（6）采煤工作面和掘進工作面的進風和回風，都不得經(jīng)過采空區(qū)或冒落區(qū)。水采工作面由采空區(qū)和冒落區(qū)回風時，必須使水采工作面有足夠的新鮮風流，保證水采工作面及其回風巷的風流中的瓦斯和CO2濃度都必須符合《規(guī)程》規(guī)定。（7）采空區(qū)須及時封閉。隨著回采工作面的推進，通至采空區(qū)的風眼須逐一封閉，采區(qū)結(jié)束后，至多不超過一個月，必須設密閉全部封閉采區(qū)。（8）機電硐室須設在進風流中。硐室深度不超過6m，入門寬度不小于1.5m者，可用擴散通風。個別機電硐室經(jīng)礦總工程師設在回風流中，但其中瓦斯?jié)舛炔坏贸^0.5%，并應安裝瓦斯自動檢測報警斷電裝置。（9）采掘工作面空氣溫度不得超過26℃；機電硐室不得超過30℃。采區(qū)風流路徑采區(qū)生產(chǎn)所需的新鮮風流由副平硐、主平硐至水平井底車場，再通過一采區(qū)膠帶、輔運下山進入采區(qū)各用風點。回采工作新鮮風流再經(jīng)工作面運輸順槽進入各工作面。工作面污風流經(jīng)工作面回風順槽進入采區(qū)回風下山，最后匯入一采區(qū)回風斜井排出地面。見一采區(qū)容易時期通風系統(tǒng)圖—圖4.1。3.4本章小結(jié)本章是采區(qū)回采工作面和掘進工作面的通風設計。根據(jù)采區(qū)基本要求，確定了采區(qū)風流路徑，以及采區(qū)工作面通風系統(tǒng)的選擇和掘進工作面的通風方式。主要結(jié)論有：（1）根據(jù)回采工作面各通風系統(tǒng)優(yōu)缺點的比較。確定XX煤礦一采區(qū)采用U型后退式通風系統(tǒng)。（2）根據(jù)各種掘進通風方法的特點，結(jié)合XX煤礦掘進情況，確定掘進工作面局部通風機通風方法設計為壓入式通風。4礦井通風方法及風量確定4.1礦井通風方法的選擇選擇通風系統(tǒng)原則在選擇通風系統(tǒng)時應考慮的原則包括：保證井下人員具有最大的安全性；通風系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，不因空氣溫度的變化、輔助通風機的運動或停止而發(fā)生變動；通風費用最小。為了上述原則，在擬定通風系統(tǒng)時應滿足以下要求：（1）盡量利用通向地面的一切井巷作為進風巷和回風巷，而且不得利用箕斗作為進風井。如果兼作進風井使用時，必須遵守《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定：當箕斗或膠帶運輸井兼作進風井時，箕斗井風速不得大于6m/s、膠帶井風速不得大于4m/s，應有可靠的降塵措施，保證粉塵濃度符合衛(wèi)生標準，膠帶井還應設有消防設施。當采用箕斗井回風時，井上、下卸載裝置和井塔必須有完善的封閉設施，其漏風率不得大于15%，應有可靠的降塵設施，膠帶井不得兼作回風井。（2）盡可能采用并聯(lián)通風系統(tǒng)，并使并聯(lián)風流的風壓值接近，以避免過多的風流調(diào)節(jié)。并聯(lián)系統(tǒng)中分風點盡可能接近進風井，風流匯合點盡可能接近回風井。（3）瓦斯礦井中，煤層傾角超過10°，所有采煤工作面、分區(qū)回風及總回風巷須采取上行風流。（4）避免引起大量漏風的通風系統(tǒng)。（5）在通風系統(tǒng)中，風橋、風門等構(gòu)筑物不宜過多。使專用通風巷道的數(shù)目最少，風路最短，貫通距離短，井巷工程量省。（6）每個礦井必須有完整的獨立通風系統(tǒng)。（7）每個生產(chǎn)礦井必須至少有兩個通往地面的安全出口，以便于人員撤出。（8）井下爆破材料庫必須有單獨的進風流，回風必須直接引入礦井主要回道。井下充電硐室必須獨立通風，回風可引入采區(qū)回風道；（9）應滿足防治瓦斯、煤層自燃、煤塵爆炸及火災對礦井通風系統(tǒng)的特殊要求。（10）所有礦井必須采用機械通風。（11）同時必須符合《煤礦安全規(guī)程》和《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。礦井通風系統(tǒng)的選擇根據(jù)礦井的設計生產(chǎn)能力、煤層賦存條件、表土層溫度、井田面積、地溫、礦井瓦斯涌出量、煤層自燃傾向等條件，在確保礦井安全，后期生產(chǎn)需要的前提下，通過多種可行方案進行技術(shù)經(jīng)濟對比后確定。經(jīng)綜合考慮，確定XX煤礦一采區(qū)采用中央并列式通風系統(tǒng)，由主、副平硐進風，一采區(qū)回風斜井回風。礦井通風方式的選擇通風方式包括抽出式、壓入式和壓抽混合式三種。各礦井通風方式特點如表4.2所示XX井田煤層埋藏較淺，淺部僅數(shù)十米，深部300m左右。設計根據(jù)地質(zhì)報告鉆孔資料對煤層開采后的冒落帶高度、裂縫帶高度進行了計算。計算的結(jié)果表明，F(xiàn)2斷層以南52煤層和52上煤層，冒落帶都不會溝通至上部煤層或基巖頂面，在開采范圍內(nèi)，裂縫帶不會通至地表，且基巖頂面一般有20m以上第三、四系覆蓋層，最大厚度達113.18m（ZK2019號鉆孔）。區(qū)內(nèi)第三系覆蓋層巖性主要為紅色粘土；第四系巖性以灰黃色、棕黃色亞粘土、亞砂土為主；第四系在沙梁川、木瓜川及大的溝谷中，巖性以灰黃色、灰褐色細砂、粉砂、亞砂土和亞粘土為主。第三、四系覆蓋層可以有效防止漏風現(xiàn)象的發(fā)生。與本礦井開采條件相近的臨近神華集團神東公司大柳塔礦井通風方式為機械抽出式。1992年因煤層頂板垮落后與地表貫通，曾發(fā)生過潰水、潰砂情況（其基巖以上為流砂層，厚度20～30m），由于砂層的作用，井下未出現(xiàn)漏風情況。根據(jù)以上情況，為利于通風管理，保護工業(yè)場地環(huán)境，設計在F2斷層以南采用機械抽出式通風方式。4.2采掘工作面需風量確定回采工作面配風量∑Q采=Q采+Q準式中：Q采——回采工作面實際需要的風量，m3/min；Q準——準備工作面的風量，m3/min，按回采工作面實際需要風量的50%考慮?；夭晒ぷ髅鎸嶋H需要的風量，按瓦斯涌出量和工作面的氣溫、風速與人數(shù)等分別進行計算，取最大值。（1）按回采工作面最多人數(shù)計算（4-1）式中：Q采——工作面需風量，m3∕s；N采——回采工作面最多人數(shù)，按交接班時人數(shù)為40人；4——每人每分鐘需供風量，m3∕min。將以上參數(shù)代入式（4-1）得：=2.7m3/s（2）按回采工作面氣溫與風速關(guān)系需風量計算（4-2）式中：S采——工作面最大有效斷面積8.7m2；（工作面平均采高為2.38m有效長度為3.7m）V采——工作面風速，回采工作面溫度與風速對應關(guān)系見表4.3，該工作面空氣溫度為23℃，取風速1.5m/s。Ki——工作面長度系數(shù)，回采工作面長度調(diào)整系數(shù)見表4.4，回采工作面長200m，調(diào)整系數(shù)取1.5。表4.3回采工作面溫度與風速的表4.4回采工作面長度調(diào)整系數(shù)表回采工作面長度（m）80～150150～200>200長度調(diào)整系數(shù)（K長）1.01.0～1.31.3～1.5將各參數(shù)代入式（4-2）得：=1.5×8.7×1.5=19.6m3/s（3）按回采面瓦斯涌出量計算①回采工作面瓦斯涌出量預測52號煤層開采地段無上、下鄰近煤層，只需計算本煤層瓦斯涌出量，52號煤層為中厚煤層，根據(jù)AQ1018－2006《礦井瓦斯涌出量預測方法》，52煤層瓦斯涌出量采用下式計算。qc＝（4-3）式中：Qc——開采層相對瓦斯涌出量，m3/t；K1——圍巖瓦斯涌出系數(shù)，礦井采用全部垮落法管理頂板，K1取1.3；K2——工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，取1.05；K3——采區(qū)內(nèi)準備巷道預排瓦斯對開采層瓦斯涌出影響系數(shù)，按式（4-4）計算。L——工作面長度，200m；H——掘進巷道瓦斯預排等值寬度，取16m；m——開采煤層厚度，取最大值3m；M——工作面采高，取最大值3m；W0——層原始瓦斯含量。取地質(zhì)報告中測定的52煤層含量最大值0.09ml/g；Wc——運出礦井后煤的殘存瓦斯含量，按式（4-5）計算。e——自然常數(shù)，2.71828K3＝＝=(200-2*16)/200\#"0.01"0.81（4-4）Wc＝＝0.085m3/t（4-5）將各參數(shù)代入式（4-3）得：0.0055m3/t礦井絕對瓦斯涌出量按式（4-6）計算（4-6）式中：——相對瓦斯涌出量，m3/s；——最大一天的絕對瓦斯涌出量，m3/min；Ａ——月平均日產(chǎn)煤量,ｔ；回采工作面生產(chǎn)能力按1.20Mt/a計算。將各參數(shù)代入式（4-6）得：絕對瓦斯涌出量0.013m3/min。②回采工作面需風量計算（4-7）式中：——采煤工作面需風量，m3/min；——采煤工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min；——采煤工作面瓦斯涌出不均勻備用風量系數(shù)，是該工作面瓦斯絕對涌出量的最大值與平均值之比。通常機采工作面取1.2-1.6；炮采工作面取1.4-2.0；水采工作面取2.0-3.0。將各參數(shù)代入式（4-7）得：=100×0.019×1.4=2.66m3/s（4）按風速驗算V采=Q采/S采=2.3m3∕sV進=Q進/S進=0.8m3/sV回=Q回/S回=1.3m3/s式中：Q采——回采工作面風量，20.0m3∕s；S采——綜采工作面平均有效過風斷面積8.7m2；Q進——輔運進風順槽風量，12.0m3/s；S井——輔運順槽斷面積，15.08m2；Q回——回風順槽風量,20.0m3∕s；S回——回風順槽斷面積，15.08m2。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的要求。如表4.5所示。根據(jù)以上計算結(jié)果，工作面配風量取20.0m3∕s，備用工作面配風量取10.0m3/s。投產(chǎn)時礦井布置1個回風工作面，并考慮1個備用工作面風量?；夭晒ぷ髅婵偱滹L量∑Q采＝20+10＝30m3/s。掘進工作面風量確定（1）按瓦斯涌出量計算①掘進工作面瓦斯涌出量預測掘進工作面瓦斯涌出量包括巷道煤壁瓦斯涌出量和掘進落煤瓦斯涌出量兩部分。q1＝=1.16m3/min式中：q1——掘工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min；D——巷道斷面內(nèi)暴露面周邊長度，取最大值2×3＝6m；V——巷道平均掘進速度，按350m/月計為0.011m/min；q0——煤壁瓦斯涌出強度，q0=＝0.046m3/（m2.min）Vr——煤中揮發(fā)分含量，52煤35.69%；L——巷道瓦斯涌出量達到最大穩(wěn)定值時的巷道長度，取400m；S——巷道掘進斷面積，取最大掘進斷面積21.9m2；γ——煤層容重，1.36t/m3；W0、Wc——意義同前。換算為相對瓦斯涌出量為0.008m3/t。礦井布置3個煤層巷道掘進工作面，則qj=3×0.008＝0.024m3/t。②掘進工作面需風量確定（4-8）式中：——掘進工作面的需風量，m3/min；——掘進工作面的絕對瓦斯涌出量，m3/min；——掘進工作面的瓦斯涌出不均勻和備用風量系數(shù)，一般取1.5-2.0.上述計算的相對瓦斯涌出量為0.024m3/t,代入式（4-6）得絕對瓦斯涌出量為0.056m3/s。將各參數(shù)代入式（4-8）得：=100×0.056×1.8=9.9m3/min（2）按局部通風機實際吸風量計算煤巷掘進：Q煤掘＝Q扇×Ii+0.25×S（4-9）＝11.0m3/s式中：Q煤掘——煤巷掘進工作面需風量，m3/s；Q扇——掘進工作面局部通風機實際吸風量。局部通風機選用FBD№6.3/2×30型對旋軸流式局部通風機，煤巷掘進工作面7.0m3/s；Ii——掘進工作面同時通風的局部通風機臺數(shù)，取1；S——巷道斷面積，取巷道最大斷面積16.3m2。（3）按掘進工作面同時工作的人數(shù)和炸藥量計算需風量①按掘進工作面最多人數(shù)計算Q掘≥4×N掘/60＝1.3m3/s式中：Q掘——掘進工作面需風量，m3/s；N掘——掘進工作面最多人數(shù)，取交接班人數(shù)為20；4——每人每分鐘需供風量，4m3∕min。②按炸藥量計算Q掘≥25×A/60=7.5m3/s式中：Q掘——掘進工作面需風量，m3/s；25——每kg炸藥（硝酸銨炸藥）需最小供風量，m3/s；A——次爆破炸藥最大用量，18kg。根據(jù)以上計算結(jié)果，并參考臨近礦井實際配風情況，煤巷綜掘工作面配風量取12.0m3/s。（4）驗算掘進工作面風速煤巷掘進最低風量Q煤掘＝12.0m3/s≥0.25×S掘＝4.1m3/s式中：S掘——掘進工作面的斷面積，計算最低風量時取最大斷面積16.3m3/s，計算最高風量時取最小斷面積8.5m3/s。掘進工作面配風量符合《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦生產(chǎn)能力核定標準》的要求。與回采工作面配套，投產(chǎn)時一采區(qū)布置3個綜掘，掘進配風量∑Q掘＝3×12＝36m3/s。4.3礦井需風量確定礦井總風量按回采、掘進、硐室及其它用風地點實際需風量之和進行計算，其計算公式如下：Q礦＝（∑Q采＋∑Q掘＋∑Q車+∑Q硐＋∑Q其它）×K式中：Q礦——礦井總需風量，m3∕s；∑Q采——回采工作面總配風量，m3∕s；∑Q掘——掘進工作面總配風量，m3∕s；∑Q車——膠輪車配風量，m3∕s；∑Q硐——獨立通風硐室總配風量，m3∕s；∑Q其它——其它用風地點總配風量，m3∕s；K——礦井通風系數(shù)，1.2。設計首先計算一采區(qū)回風平硐服務范圍內(nèi)總需風量。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》和《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》（GB50215-2005）規(guī)定，礦井總風量應按井下同時工作的最多人數(shù)每人每分鐘供給風量不得少于4m3與采煤、掘進、硐室及其它地點實際需要風量總和的最大值選取。（1）按井下同時工作的最多人數(shù)計算Q=4×N×K（4-10）Q=4×260×1.2/60＝20.8m3∕s式中：Q——礦井所需風量，m3∕min；N——井下同時工作的最多人數(shù)，取260人；K——礦井通風系數(shù)，取1.2；抽出式礦取1.15~1.2，壓入式礦取1.25~1.3。4——每人每分鐘需供風量，